本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度的裝置，具體涉及一種電能質(zhì)量治理和新能源發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度的裝置。

背景技術(shù)：

新能源發(fā)電(風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電)，作為清潔的可再生能源，得到了政府的大力支持，近年來實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。其能量的傳遞和轉(zhuǎn)換都是建立在電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上，大規(guī)模的新能源發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)使得大量的電力電子轉(zhuǎn)換器引入到電力系統(tǒng)中；隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，大量的非線性負(fù)載也加入到了供電系統(tǒng)中，因此，大規(guī)模新能源發(fā)電設(shè)備的引入會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的污染，產(chǎn)生更為嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題。

隨著科技的發(fā)展，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來越高。改善電能質(zhì)量對(duì)于電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行以及降低能耗等均有重要意義。我國(guó)電能質(zhì)量治理產(chǎn)業(yè)已經(jīng)快速崛起，在電能質(zhì)量治理設(shè)備領(lǐng)域取得了不俗的成績(jī)。

現(xiàn)有電能質(zhì)量治理設(shè)備和新能源發(fā)電設(shè)備均存在一個(gè)普遍現(xiàn)象，在額定功率下輸出效果都相對(duì)比較理想，但在中小功率下輸出電能質(zhì)量差，電流波形畸變嚴(yán)重，污染電網(wǎng)。而且在大功率下過高的采樣精度和控制精度，造成采樣信號(hào)溢出，設(shè)備損耗較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度的裝置，以解決現(xiàn)有電能質(zhì)量治理設(shè)備和新能源發(fā)電設(shè)備的采樣精度和控制精度過高或過低導(dǎo)致其輸出電能質(zhì)量差，設(shè)備損耗較高的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度的裝置包括：

模擬信號(hào)調(diào)理模塊，用于對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大或跟蹤；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

信號(hào)處理輸出控制模塊，用于采集模擬信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)算處理，根據(jù)處理結(jié)果生成并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣精度和/或控制精度的調(diào)整；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號(hào)輸入端Pin2和數(shù)字信號(hào)輸出端Pout2分別連接模擬信號(hào)調(diào)理模塊的模擬信號(hào)輸出端Pout1和信號(hào)處理輸出控制模塊的采樣信號(hào)輸入端Pin3；所述信號(hào)處理輸出控制模塊控制連接所述模擬信號(hào)調(diào)理模塊，用于調(diào)節(jié)模擬信號(hào)調(diào)理模塊的放大倍數(shù)。

所述信號(hào)處理輸出控制模塊控制連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的模擬輸入范圍。

所述模擬信號(hào)調(diào)理模塊包括運(yùn)放和增益電阻調(diào)節(jié)電路，增益電阻調(diào)節(jié)電路包括并聯(lián)的至少兩個(gè)串聯(lián)支路，所述串聯(lián)支路由電阻和由信號(hào)處理輸出控制模塊控制通斷的開關(guān)串聯(lián)組成；所述增益調(diào)節(jié)電路連接在運(yùn)放的反相輸入端與地之間。

所述模擬信號(hào)調(diào)理模塊包括三運(yùn)放儀表放大器和增益電阻調(diào)節(jié)電路，所述增益電阻調(diào)節(jié)電路包括并聯(lián)的至少兩個(gè)串聯(lián)支路，所述串聯(lián)支路由電阻和由信號(hào)處理輸出控制模塊控制通斷的開關(guān)串聯(lián)組成。

所述模擬信號(hào)調(diào)理模塊為可編程增益放大器。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的裝置能夠使電能質(zhì)量治理設(shè)備和新能源發(fā)電設(shè)備在不同輸出功率下動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣精度或/和控制精度，在中小功率下提高采樣精度和控制精度，以提高輸出的電能質(zhì)量；在大功率下降低采樣精度和控制精度，以避免采樣信號(hào)溢出，降低設(shè)備損耗。既有效解決了電能質(zhì)量治理設(shè)備和新能源發(fā)電設(shè)備在中小功率下輸出電能質(zhì)量差的問題，又降低了大功率輸出時(shí)的有功損耗，從而使設(shè)備在全部輸出范圍內(nèi)都能保持很好的輸出電能質(zhì)量和較低的有功損耗。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)用性高，可移植性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本實(shí)施例的動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)施例的動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度方法的工作流程圖；

圖3為標(biāo)準(zhǔn)三運(yùn)放儀表放大器；

圖4為本實(shí)施例的動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度裝置的電路原理圖；

圖5為本實(shí)施例的一種模擬開關(guān)的典型應(yīng)用圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)介紹。

如圖1所示，本實(shí)施例的裝置包括模擬信號(hào)調(diào)理模塊101，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，信號(hào)處理輸出控制模塊103。

其中，模擬信號(hào)調(diào)理模塊，用于模擬信號(hào)前端處理，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大或跟蹤，提高驅(qū)動(dòng)能力，使其滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的要求，具有數(shù)字輸入控制接口；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，用于模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，使模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制芯片可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，具有數(shù)字輸入控制接口；

信號(hào)處理輸出控制模塊103，用于產(chǎn)生模擬信號(hào)調(diào)理控制信號(hào)、模數(shù)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)和PWM控制信號(hào)，通過采集模擬信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)算處理，根據(jù)處理結(jié)果生成并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集精度和控制精度的調(diào)節(jié)。

模擬信號(hào)調(diào)理模塊101具有核心器件放大器，包括模擬信號(hào)輸入端Pin1、調(diào)理信號(hào)輸出端Pout1和控制信號(hào)輸入接口Pcnt1。其中模擬信號(hào)輸入端Pin1連接外部傳感器信號(hào)，當(dāng)外部輸入信號(hào)較小時(shí)通過控制信號(hào)輸入端Pcnt1提高調(diào)理信號(hào)放大系數(shù)，使調(diào)理信號(hào)輸出端Pout1輸出信號(hào)幅值增大，從而使采樣精度得到提高；當(dāng)調(diào)理信號(hào)輸出端Pout1輸出信號(hào)接近模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102輸入信號(hào)限值時(shí)，通過控制信號(hào)輸入端Pcnt1降低調(diào)理信號(hào)放大系數(shù)，使調(diào)理信號(hào)輸出端Pout1輸出信號(hào)幅值降低，避免采樣信號(hào)溢出。

放大器為普通的運(yùn)放及電阻組成的放大器或可編程增益放大器。模擬信號(hào)調(diào)理模塊具體采用開關(guān)器件動(dòng)態(tài)調(diào)整放大器增益電阻阻值，從而使模擬信號(hào)放大系數(shù)得到動(dòng)態(tài)調(diào)整；或直接采用可編程增益放大器，可編程增益放大器的開關(guān)器件由信號(hào)處理輸出控制模塊發(fā)出控制信號(hào)控制通斷，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整模擬信號(hào)放大系數(shù)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102具有核心器件ADC，包括模擬信號(hào)輸入端Pin2、數(shù)字信號(hào)輸出端Pout2和控制信號(hào)輸入接口Pcnt2。其中，模擬信號(hào)輸入端Pin2接收來自模擬信號(hào)調(diào)理模塊101輸出的信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸出端Pout2將模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出給信號(hào)處理輸出控制模塊103。當(dāng)模擬信號(hào)輸入端Pin2輸入信號(hào)過小時(shí)，通過控制信號(hào)輸入接口Pcnt2減小模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片模擬輸入范圍，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果精度；當(dāng)輸入信號(hào)接近當(dāng)前模擬輸入范圍，通過控制信號(hào)輸入接口Pcnt2增大模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片模擬輸入范圍，避免采樣信號(hào)溢出。

模擬信號(hào)調(diào)理模塊101與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣精度的方法既可單獨(dú)使用，也可聯(lián)合使用以獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍。

信號(hào)處理輸出控制模塊103具有核心控制器件CPU，包括采樣信號(hào)輸入端Pin3、PWM控制信號(hào)輸出端PWM和采樣控制信號(hào)輸出端Pcnt3。其中，核心控制器件CPU通過采樣信號(hào)輸入端Pin3接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102輸出的信號(hào)，分析處理采樣信號(hào)后通過PWM控制信號(hào)輸出端PWM將控制信號(hào)送至電力電子開關(guān)器件，通過調(diào)節(jié)開關(guān)通斷使系統(tǒng)輸出滿足需求的電流；核心控制器件CPU根據(jù)采樣結(jié)果，綜合判斷下一次采樣所需的信號(hào)放大系數(shù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬輸入范圍，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)通過采樣控制信號(hào)輸出端Pcnt3將相應(yīng)的控制信號(hào)送至模擬信號(hào)調(diào)理模塊101和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102。

下面詳細(xì)介紹采用上述實(shí)施例的裝置動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣和控制精度的具體過程：

在電能質(zhì)量治理設(shè)備和新能源發(fā)電設(shè)備運(yùn)行過程中，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整模擬輸入信號(hào)放大系數(shù)和/或動(dòng)態(tài)調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸入范圍達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣精度的目的；通過動(dòng)態(tài)調(diào)整PWM輸出控制信號(hào)頻率達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)整控制精度的目的。在中小功率下通過軟件動(dòng)態(tài)調(diào)整，提高采樣精度和控制精度，以提高輸出的電能質(zhì)量；在大功率下通過軟件動(dòng)態(tài)調(diào)整，降低采樣精度和控制精度，以避免采樣信號(hào)溢出，降低設(shè)備損耗。具體的實(shí)時(shí)步驟如下：

如圖2所示，在步驟201中，信號(hào)處理輸出控制模塊103控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102進(jìn)行信號(hào)采樣，并通過采樣信號(hào)輸入端Pin3讀取采樣結(jié)果。

在步驟202、203中，信號(hào)處理輸出控制模塊103根據(jù)采樣結(jié)果判斷采樣精度是否過高(采樣值接近溢出值)或過低(采樣值過小)，并采取相應(yīng)的措施降低或提高采樣精度。

在步驟204中，信號(hào)處理輸出控制模塊103通過采樣控制信號(hào)輸出端Pcnt3將相應(yīng)控制信號(hào)送至模擬信號(hào)調(diào)理模塊101和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，為下一次采樣做好準(zhǔn)備。

在步驟205、206中，信號(hào)處理輸出控制模塊103根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果判斷控制精度是否過高(損耗過大)或過低(輸出電能質(zhì)量過差)，并采取相應(yīng)措施降低或提高控制精度。

在步驟207中，信號(hào)處理輸出控制模塊103根據(jù)步驟205、206判斷結(jié)果，調(diào)節(jié)PWM輸出頻率，以提高或降低控制精度，達(dá)到較好電能質(zhì)量或較低有功損耗的目的。

圖4給出了一種采用三運(yùn)放儀表放大器作為模擬信號(hào)放大電路的動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度裝置，三運(yùn)放儀表放大器為一種現(xiàn)有技術(shù)，如圖3所示，其具體結(jié)構(gòu)不再詳細(xì)闡述。在該實(shí)施例中，該動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度裝置包括：

放大器A1、A2、A3，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8……Rn，開關(guān)器件S1、S2……Sn，ADC芯片U2，CPU芯片U1。其中放大器A1、A2、A3以及電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6構(gòu)成三運(yùn)放儀表放大器104，其與電阻R7、R8……Rn以及開關(guān)器件S1、S2……Sn構(gòu)成上述模擬信號(hào)調(diào)理模塊101，ADC芯片U2構(gòu)成上述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，CPU芯片U1構(gòu)成上述信號(hào)處理輸出控制模塊103。

采用三運(yùn)放儀表放大器104的模擬信號(hào)調(diào)理模塊的具體結(jié)構(gòu)為：其中放大器A1正輸入端接該動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣、控制精度裝置的模擬輸入端Vin，放大器A1的負(fù)輸入端與放大器A2的負(fù)輸入端之間設(shè)置有增益電阻調(diào)節(jié)電路，增益電阻調(diào)節(jié)電路包括若干個(gè)串聯(lián)支路，每個(gè)串聯(lián)支路由開關(guān)器件和電阻串聯(lián)組成；所述放大器A2的輸出端和放大器A1的輸出端分別連接放大器A3的正、負(fù)輸入端，放大器A3的輸出端用于連接ADC芯片U2的輸入端，放大器A1、A2、A3的輸出端分別通過電阻反饋連接負(fù)輸入端，放大器A2、A3的負(fù)輸入端接地。CPU芯片U1接收ADC芯片U2的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并輸出PWM控制信號(hào)PWM和采樣控制信號(hào)。放大器A1的輸出端與放大器的負(fù)輸入端之間連接有電阻R1，放大器A2和放大器A3的正輸入端之間連接有電阻R3。放大器A3的負(fù)輸入端通過電阻R4接地。

盡管附圖4中以模擬開關(guān)的符號(hào)來代表開關(guān)器件S1、S2……Sn，但應(yīng)理解，開關(guān)器件S1、S2……Sn并不限于模擬開關(guān)，而是可以采用繼電器等其他類型的開關(guān)器件。

核心控制器件CPU通過ADC芯片采樣模擬輸入信號(hào)，綜合分析處理采樣信號(hào)后通過PWM輸出端將控制信號(hào)送至電力電子開關(guān)器件，通過調(diào)節(jié)開關(guān)通斷使系統(tǒng)輸出滿足需求的電流；核心控制器件CPU根據(jù)采樣結(jié)果，綜合判斷下一次采樣所需的信號(hào)放大系數(shù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬輸入范圍，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，通過ADC芯片的RANGE SEL管腳來調(diào)節(jié)ADC芯片模擬輸入范圍，通過開關(guān)器件S1、S2……Sn來調(diào)節(jié)前級(jí)信號(hào)的放大系數(shù)。

當(dāng)外部輸入信號(hào)較小時(shí)提高信號(hào)放大系數(shù)或減小ADC芯片模擬輸入范圍，使采樣精度得到提高；當(dāng)采樣信號(hào)較大時(shí)降低信號(hào)放大系數(shù)或增大ADC芯片模擬輸入范圍，避免采樣信號(hào)溢出。

CPU根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果判斷控制精度是否過高(損耗過大)或過低(輸出電能質(zhì)量過差)，并調(diào)節(jié)PWM輸出頻率，以提高或降低控制精度，達(dá)到較好電能質(zhì)量或較低有功損耗的目的。

圖5顯示了一種模擬開關(guān)的典型應(yīng)用圖，其輸入端S允許的輸入信號(hào)最大可達(dá)±15V，控制輸入端IN輸入信號(hào)為TTL信號(hào)，開關(guān)導(dǎo)通阻抗R_DS(on)一般為10Ω左右。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型不局限于所描述的實(shí)施方式。本實(shí)用新型的基本思路在于上述基本方案，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本實(shí)用新型明的保護(hù)范圍內(nèi)。